加氫反應器的案例
世界最重加氫反應器制造成功
中國重大裝備制造領域日前再度刷新紀錄——總重達2400噸的260萬噸/年沸騰床渣油鍛焊加氫反應器，日前在國機重裝鎮江公司制造成功。4月28日，這臺巨無霸級的“龐然大物”由“萬里長江第一吊”吊裝上船，發運用戶。
這臺由中國機械工業集團有限公司（國機集團）所屬國機重型裝備集團股份有限公司（國機重裝）核心制造企業二重裝備研制的加氫反應器，是國內煉油板塊的首套沸騰床渣油加氫反應器。
創造了當今加氫反應器兩個“世界之最”：
一是產品的重量“世界之最”，這臺加氫反應器總長超過70米、外徑5.4米、重量達2400噸；
二是制造技術工藝復雜性“世界之最”，其制造工藝和復雜性均突破了世界加氫反應器極限制造紀錄。
就在今年3月28日，我國首家集科工貿為一體的高端重型裝備制造旗艦——國機重裝成立。國機重裝首秀實力，即推沸騰床渣油鍛焊加氫反應器，打破同類產品極限制造多項世界紀錄，展現了重大裝備制造在變革中迸發的氣勢磅礴的“中國力量”。
石油煉化結構調整與提質升級事關國家能源安全，是石油煉化工業技術進步的重大舉措。260萬噸/年提質升級項目，正是貫徹國家能源戰略，打造具有自主知識產權渣油加氫技術體系的創新工程。其核心裝備沸騰床渣油鍛焊加氫反應器的制造是整個項目成敗的關鍵。
據悉，260萬噸/年沸騰床渣油鍛焊加氫反應器項目建成投產后，可最大程度提高渣油轉化水平，將渣油轉化率提升至85%，而原裝置僅為40%~50%。同時，降低延遲焦化負荷，提升輕質油產能，使中國石油煉化工藝技術躋身世界先進行列，有力支撐國家能源戰略的實施，出色詮釋了新時代產業工人的風采。
由于產品超大、超重、超限，其運輸、吊裝、發運也創造了國內整體聯合吊裝新紀錄——產品及吊裝輔具總重量達驚人的2500噸。
展開 加氫催化劑、加氫反應器知識分享
加氫反應器的基本原理及結構
加氫反應器操作于高溫高壓臨氫環境下，并且進入反應器的物料往往都含有硫和氮等雜質，和氫反應生成具有腐蝕性的硫化氫和氨。另外，加氫反應是放熱反應，會使床層溫度升高，但又不能出現局部過熱現象。
加氫反應器的分類
依據催化加氫過程進料原料油性質的不同，相應地所采用的工藝流程和催化劑是不相同的，其反應的形式也有各異，一般有三種類型：固定床反應器、移動床反應器和流化床反應器。
根據反應器使用狀態下，高溫介質是否與器壁接觸，可以分為冷壁結構及熱壁結構。
冷壁式反應器
冷壁式反應器是在設備內壁設置非金屬隔熱層，有些還在隔熱層內襯不銹鋼套，使反應器的設計壁溫降至300℃以下，因而就可以選用15CrMoR或碳鋼，內壁也不用堆焊不銹鋼，從而大大降低了制造難度。
但由于冷壁式反應器的隔熱層占據內殼空間，減少了反應器容積的利用率，浪費了材料，而且冷壁式反應器內的非金屬隔熱層在介質的沖刷下，或在溫度的變化中易損壞，操作一段時間后可能就需要修理或更換，且施工和修理費用較高。如果操作時襯里脫落，襯里脫落處附近的反應器壁會超過設計溫度，從外觀看，該處油漆會變色。因此反應器的不安全隱患大大增加，嚴重時甚至造成裝置的被迫停車。
熱壁式反應器
熱壁式反應器的器壁直接與介質接觸，器壁溫度與操作溫度基本一致，所以被稱為熱壁式反應器。雖然熱壁反應器的制造難度較大，一次性投資較高，但它可以保證長周期安全運行，目前已在國際上普遍采用。
展開 中國一重提前完工中國石化中科煉化首批鍛焊加氫反應器
9月10日，中國一重提前一個月完成中國石化中科煉化首批鍛焊加氫反應器——渣油加氫、加氫裂化兩套裝置共計5臺反應器的制造任務，并在大連前鹽石化生產制造基地順利裝船發運。
中石化中科（廣東）煉化有限公司執行董事、總經理吳惜偉，中石化洛陽工程有限公司副總經理朱華興，股份公司副總經理許崇勇等領導共同見證了發運過程。
中科項目是中石化轉方式調結構、提質增效升級的重要項目，總投資達400多億元，計劃2019年底全面建成投產。2017年，中國一重承擔了中石化“四大基地”率先啟動的茂湛基地的5臺鍛焊加氫反應器、1臺超大換熱器，以及茂名石化漿態床渣油加氫項目中的3臺加氫反應器的制造任務。
制造過程中，中國一重秉承“石化精品、以快制勝、以質決勝”生產管理理念，以質量促進度，提高生產效率，提前一個月完成5臺設備的制造任務，滿足了中科煉化公司的項目建設需求。
許崇勇說，中國一重經過30多年艱苦奮斗和國際化洗禮，為國內外業主交付了1000余臺容器設備，創造了近30多萬噸壓力容器制造業績，生產工藝和制造技術達到世界先進水平，樹立了“中國一重”良好品牌形象，成為世界上最大的重型壓力容器制造商。中國一重將以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，認真貫徹黨的十九大精神，堅持誠信共贏的市場理念，與中科煉化攜手同行，以中國一重的品牌和優質服務，全力助推中科煉化項目的建設發展，為中國石化事業的發展作出更大貢獻。
吳惜偉說，中國石化是我國最大的能源化工一體化公司，也是世界第一大煉油公司和第二大化工公司。雙方在長期的合作中成為堅強的戰略合作伙伴，建立了高度的信任和深厚的友誼，實現了合作共贏、共同發展。
展開 從反應流程、反應器、換熱器和加熱爐，看懂加氫裝置大型化發展趨勢
01
反應器
下表列出了加氫裝置在不同年代投用的最重、直徑最大或最厚反應器情況。
反應器大型化的同時，必然通過采用高強鋼種、提高材料許用應力、實施新工藝等途徑實現設備輕量化。大型化反應器配套的內構件是裝置長周期穩定運行、最大限度發揮催化劑性能的重要因素，也是反應器大型化成功的重要因素之一。
現場組焊技術的發展，解決了反應器大型化的運輸問題，使受限地區也可以建設大型加氫裝置。
大型吊裝設備的發展，解決了吊裝占地及吊裝安全風險大的問題。
02
高壓換熱器
下表列出了加氫裝置在不同年代投用的不同型式、不同材料、直徑最大的高壓換熱器情況。
加氫裝置高壓換熱器的大型化，除保證高壓、高溫換熱器在結構、材料、換熱元件和管束支撐結構的有機統一外，實現長周期運行過程的零泄漏也是大型化的目標之一。
用纏繞管代替螺紋鎖緊環是加氫裝置高壓換熱器大型化未來的發展方向。
03
反應加熱爐
對于氫氣加熱爐，通過對稱布置可滿足大型化要求；對于兩相反應進料加熱爐，部分專利商只允許對稱布置2管程、最大外徑219mm爐管，這造成單爐無法滿足要求，需要設置兩臺加熱爐；當油、氫氣每路分別設置調節閥時，部分專利商允許采用4管程、最大外徑219mm爐管對稱布置反應加熱爐，可基本解決反應加熱爐大型化問題。
優化換熱流程，降低加熱爐燃料消耗，使單反應加熱爐滿足加氫裝置大型化要求是未來反應加熱爐的發展目標。對于反應熱較大的加氫裂化裝置，將反應加熱爐設計為開工爐是加氫裂化裝置反應加熱爐大型化的方向。
展開 
承壓設備厚板中頻感應加熱局部熱處理試驗研究
2.2.4 能耗成本分析
以本文所研究的加氫反應器相同尺寸的筒體為例，進行能耗統計分析。表 2 給出了加氫反應器筒體合攏縫采用卡式爐、模塊化爐及感應加熱的能耗對比。從統計的數據來看，中頻感應加熱節能效果顯著，熱處理成本較低，是卡式爐加熱的 21.4%，是模塊化爐的 20%。
2.3 中頻感應加熱技術的推廣應用
通過上述均溫性試驗研究，驗證了感應加熱技術可行性和經濟性。中國一重將中頻感應加熱技術應用到神華煤制油加氫反應器總裝縫的最終熱處理。除此之外，青島蘭石將中頻感應加熱技術在某化工企業 300 萬 t/年渣油加氫裂化裝置千噸級鍛焊式懸浮床反應器總裝縫局部熱處理上成功應用，如圖 16 所示。中頻感應加熱技術在加氫反應器上的成功應用，對我國加氫反應器的制造效率和產品質量具有重大意義。
3 結論
(1) 超厚板感應加熱均溫性試驗結果表明，從單側進行感應加熱，在整個工件厚度截面加熱過程中溫差控制 17 ℃以內，尤其是淺表面感應渦電流集中區域無明顯溫度突變區域。
(2) 超厚加氫反應器筒體環縫在感應加熱保溫過程中均溫區最大溫差為 12 ℃，能夠滿足 GB/T150 及 GB/T 30583 的均溫區溫差要求。
(3) 電磁感應加熱清潔、環保、高效，加熱參數調整方便，控溫精度高，可在大型厚壁容器局部熱處理中推廣應用。
參 考 文 獻
[1] 申文飛，張立文，張馳，等. 加氫反應器焊后局部熱處理過程數值模擬與工藝優化[J]. 金屬熱處理，2018，43(2)：213-217.
展開 渣油加氫裝置關鍵設備控制方案，加氫人必讀！
熱高壓分離器液位控制流程如圖3所示。
02
加氫反應器溫度監測與控制
①反應器床層溫度監測
渣油加氫反應器一般由單層催化劑床層組成。反應混合物的溫度沿反應物料的流向升高，反應器催化劑填料設置測溫點，在催化劑床層不同標高處，按上中下三層設置。通過測量不同高度但同一圓周方位的床層溫度，測量圓周直徑按反應器50%左右設置，測量點為8個，了解床層中反應的程度。為了減少反應器開口以及滿足圓周多點測量位置需要，選用8個柔性熱電偶，與反應器通過法蘭直接連接，按圓周要求布置以滿足測量需要。同時為了進一步監測反應器溫度，在反應器表面設置表面熱電偶，與反應器內溫度測量相互補充。表面熱電偶通過預埋在反應器表面的螺栓與反應器固定，外表面固定標高與催化劑床層內測溫點標高一致。反應器溫度測點布置如圖4所示。
②第一加氫反應器入口溫度控制
第一加氫反應器入口溫度控制和反應進料加熱爐主燃料氣壓力控制構成串級控制回路，控制主燃料氣控制閥，主燃料氣控制閥故障位置均為F.C。第一加氫反應器入口溫度控制為主回路，控制器選用反作用；主燃料氣壓力控制為副回路，控制器選用反作用，溫度控制器輸出作為壓力控制器的設定值。
當第一加氫反應器入口溫度高于設定值時，降低主燃氣壓力，燃料氣控制閥開度減小；當第一加氫反應器入口溫度低于設定值時，提升主燃氣壓力，燃料氣控制閥開度增大。
③其他反應器入口溫度控制
渣油加氫反應器的設置一般為反應進料加熱爐后串聯4~5臺高壓加氫反應器，除第一加氫反應器入口溫度采用加熱爐燃料氣調節外，其他幾臺反應器均采用注冷氫調節反應器入口溫度。
展開 壓力容器專題 反應器裙座支撐區域分析
問題描述
某加氫精制反應器，設計壓力P=8.8MPa．設計溫度T=347℃。
材料為：2 Cr-1Mo，彈性模量E=2.0x105MPa，泊松比μ=0.3。
設計溫度下材料設計應力強度：裙座鍛造結構Sm=115.5MPa，筒體及封頭主體（板材）Sm1=153.7MPa。
設備總重mg=270000kg。
h型鍛件尺寸為：筒體內半徑R1=1406.5mm，璧厚t1=87mm：球封頭內半徑R2=1416.5mm，壁厚t2=52mm；裙座壁厚t3=22mm；過渡圓角半徑r=20mm；鍛造高度H=568mm。試分析該加氫反應器裙座支撐區的機械應力。
1、幾何模型
幾何模型如下圖所示，軸對稱模型：
2、材料參數
材料參數如下圖所示，線彈性分析：
3、網格模型
網格模型如下圖所示，網格均勻整齊，符合壓力容器行業的網格習慣：
4、邊界條件
邊界條件如下圖所示，包含內壓，平衡載荷，位移約束等：
5、分析結果
應力強度如下圖所示：
線性化應力如下圖所示：
6、思考與展望
? 軸對稱模型中的不連續一般都為整體不連續。
? 整體不連續區域的薄膜應力一般為局部薄膜應力。
? 整體不連續區域的薄膜應力+彎曲應力一般包含二次應力。
展開 漲知識│加氫裝置反應進料泵流量偏低與軸位移偏大有何關聯性？
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 石油化工設備技術、上海石化
作 者 | 董飚 王遠光
關鍵詞 | 加氫裝置 進料泵流量低 軸位移偏大
共 3121 字 | 建議閱讀時間 13 分鐘
導 讀
上海石化390×10ˇ4t/a渣油加氫裝置是該公司煉油改造工程中的主體裝置，采用中國石化工程建設有限公司開發的固定床渣油加氫技術。為了提高渣油加氫裝置的脫雜質率，選擇石科院開發的脫硫催化劑RMS-30、脫金屬催化劑RMS-35等新一代RHT系列渣油加氫催化劑。裝置的反應部分設置A、B兩個獨立的系列，每個系列的流程都是：濾后渣油原料經反應進料泵升壓后，與循環氫、新氫的混合氫混合；混氫油先后與熱高分氣、反應產物換熱后，進入反應進料加熱爐加熱，再進入加氫反應器，在催化劑的作用下，進行加氫反應；反應產物進入熱高分分離器。兩個系列都有獨立的反應進料泵、循環氫壓縮機、反應進料加熱爐、加氫反應器、熱高分分離器、熱低分分離器，也都設置了液力透平，回收從熱高分分離器到熱低分分離器的能量，用于驅動反應進料泵。兩個系列可以實現單開單停。
反應進料泵是渣油加氫裝置的核心設備，是保證裝置長期安全生產的關鍵。兩個系列的反應進料泵位號分別為P-1102A、P-1802，共用1臺備泵P-1102B。3臺泵均為德國蘇爾壽公司制造的BB5型雙層殼體泵，型號為GSG150-360/6+6。其操作條件如下：介質為渣油，流量300m3/h，入口壓力0.6MPa（表），出口壓力19.95MPa（表），揚程2342m，操作溫度255℃，軸功率2339kW。
展開 石化核電行業仿真咨詢與專業定制開發
該系統基于ANSYS Fluent軟件開發，可實現計算域快速建模、提供材料庫和載荷工況庫，并針對管道流場特點，對管道網格進行合理布局，系統在快速建模的基礎上，能夠計算長距離LNG輸運管道的預冷；計算LNG相變產生的BOG以及氣液兩相流輸運；計算大容量LNG儲罐的噴淋、LNG儲罐壁面溫降、兩相流分布；計算LNG輸運和存儲設備如槽車、再冷凝器、高壓泵等LNG相變，動態BOG生成。
該系統在實際工程中得到了成功應用，計算結果與實驗進行比對，吻合良好。
系統啟動界面和儲罐與管道系統預冷過程模擬
5、專業系統-加氫反應器蠕變疲勞分析系統
加氫反應器是煉油行業中加氫裝置的關鍵設備，操作條件十分苛刻。加氫反應器的高溫部件長期運行時，除了要承受蠕變引起的破壞之外，還要承受由于工況變化所引起的疲勞破壞，其壽命損耗是在蠕變-疲勞交互作用下的損傷累積過程。因此，在高溫強度研究中，了解蠕變-疲勞交互作用對高溫構件損傷的影響并評估這種耦合效應引起的破壞，對于壓力容器的高溫強度設計和安全評估來說有著重要的意義。
目前針對蠕變-疲勞耦合壽命的預測方法較多，其中Omega方法在評定蠕變壽命評估方面更具優越性。因此，加氫反應器蠕變疲勞分析系統是安世中德在全面理解ASME規范CASE 2605-1及利用ANSYS進行有限元仿真流程的基礎上，通過對ANSYS軟件的定制開發而實現的，系統以ASME規范code case 2605-1為基礎，在ANSYS環境中開發Omega材料蠕變模型，并針對加氫反應器的關鍵部位，進行模型的全參數化建模，然后按照規范的要求及步驟開展蠕變疲勞分析，最終形成加氫反應器蠕變疲勞分析計算系統。
展開 PPT│加氫反應器和催化裂化反應器詳細介紹
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 互聯網整理
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? 煙氣脫硫塔設備的模擬
煉化工程仿真分析應用與案例分享
壓力容器分析
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加氫反應器蠕變疲勞開發和分析
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提升管反應器效率分析
兩段提升管反應器流動反映過程模擬
FCC沉降器過程模擬
汽提器氣固兩相的流動規律以及顆粒和氣體的停留時間分布
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中韓石化│乙烯裝置前脫丙烷前加氫流程運行狀況分析及優化措施
可以看出：從各次考核的數據來看，BC-H-21B的選擇性的穩定性好，根據裂解原料的不同，其選擇性有所差別，但未出現明顯的選擇性衰減現象，整個運行周期內的乙烯平均選擇性達到69.3%，這表明該碳二前加氫系統具有良好的乙烯增長。
③MAPD轉化率
從10次考核的平均數據來看，入口MAPD含量(體積分數)波動幅度較大，從0.45%~1.01%，平均含量在0.71%，高于其它國內前脫丙烷前加氫流程的裂解裝置，出口MAPD含量平均控制在0.3%以下。第1周期(前9次考核數據)MAPD平均轉化率達到60.0%，第2周期(第10次考核數據)MAPD轉化率為45%，由于數據考核在反應器初期運行階段，各段反應溫度都控制較低，隨著運行時間的延長，反應溫度逐步升高MAPD轉化率也會提升。
前脫丙烷前加氫系統存在問題及應對措施
01
裂解氣壓縮機五段吸入壓力波動
2016年大檢修后乙烯裝置開車初期，裂解氣壓縮機五段入口壓力在短時間內發生劇烈波動，由1.37MPa下降至0.95MPa，而高壓脫丙烷塔頂壓力急劇上漲至2.48MPa，五段吸入流量最低降至92t/h。由于裂解氣壓縮機及高壓脫丙烷塔系統波動，碳二加氫反應器入口流量由261t/h降至160t/h，碳二加氫反應器被迫手動停車，前冷停止進料。
裂解氣壓縮機五段吸入壓力波動的原因為五段入口過濾網發生堵塞。過濾網堵塞主要原因是開車初期鐵銹等機械雜質所致。后通過敲打、加熱、五返五返回閥的調整，讓裂解氣在該濾網處形成擾動，使濾網破損，消除堵塞，裂解氣壓縮機五段吸入壓力恢復正常。
展開 獨山子石化│乙烯裝置脫乙烷塔系統存在的問題及優化
脫乙烷塔頂分離出碳二餾分送入碳二加氫反應器脫除乙炔，脫乙烷塔釜液則為C3+餾分，送至脫丙烷塔進一步分離。
2002年乙烯裝置擴建后，裂解氣干燥預冷后首先進入增設的1號預切割塔，塔頂分離出不含C3+餾分，送至深冷及脫甲烷系統；塔釜分離出不含C1-餾分，經過裂解氣干燥器出口冷卻器(E-220A/B)和低壓脫丙烷1號冷卻器(E-472)回收冷量后送入2號預切割塔進行汽提切割。2號預切割塔塔釜分離出不含碳二的C3+餾分進入高壓脫丙烷塔，塔頂餾分分兩股進入脫乙烷塔進行分離。脫乙烷塔頂所得碳二餾分和脫甲烷塔碳二餾分匯合后送入碳二加氫反應器脫除乙炔，塔釜餾分送至高壓脫丙烷塔進一步加工。圖1為乙烯裝置脫乙烷塔前向預切割流程示意。
脫乙烷操作壓力為1970~2110kPa，塔頂溫度控制小于-17℃，靈敏板溫度控制在29~35℃，塔釜溫度控制在60℃。塔釜采用急冷水加熱，塔頂冷凝器采用-27℃丙烯冷劑進行部分冷凝，冷凝下來的液體作為回流，通過送至碳二反應器的流量來控制塔壓。裝置正常運行時，脫乙烷塔頂溫度要求控制在-20℃以下，才能滿足塔頂丙烯含量(摩爾分數)小于0.3%的要求。
脫乙烷塔運行現狀
獨山子2號乙烯裝置在滿負荷運行時，脫乙烷塔時常發生塔頂溫度高，塔頂物料進入碳二加氫反應器，入口碳三在線分析(摩爾分數)一般為1.0%，最高時達到1.5%。塔頂物流中夾帶過高的丙烯，一方面造成丙烯產品損失，另一方面對乙炔加氫和輕烴裂解爐的運行造成不利影響。同時，塔釜餾分波動大。經常在15500~18500kg/h波動。當塔釜流量大于17500kg/h時，塔釜在線分析乙烷超標，塔釜碳二餾分進入高壓脫丙烷塔，最終進入丙烯精餾塔，導致丙烯產品乙烷超標不合格。
展開 加氫反應器內構件——冷氫箱介紹
圖5超平面冷氫箱結構示意圖
該冷氫箱詳細結構未見報道，據其介紹，該冷氫箱結構簡單，傳質效果好，壓降小，可節省反應器空間，便于裝填更多的催化劑。
世界上最頂尖的技術在哪些國家？（下）
不可否認，中國高技術產品貿易競爭優勢遠低于發達國家，中國集成電路進口占國內市場需求約70%、傳感器芯片占比達90%、高端機床裝備、高端工業軟件基本被國外壟斷。今天，再來看看目前世界頂尖的核心技術還有哪些吧。
海水淡化，廢水利用
在海水淡化、廢水再利用、超純水制備中被廣泛使用的反滲透膜等膜工業領域，以日東電工、東麗、帝人、旭化成為首的日本化工企業可以說是掌握著相當的話語權。
旭化成的microza水處理技術被應用到北京五環最需要凈水的比賽項目中。
加氫反應器
加氫反應器是大型化工廠的必備，在唯數不多有能力建造加氫反應器的國家中，日本神鋼與日鋼的熱壁加氫反應器常年保持在全球第1，2位（最大外徑、重量、溫度、壁厚），神鋼也是唯一在設計 核心材料、組裝的整條制造過程中具備完全自主能力的廠商。
核心卷繞設備皮帶張緊機
在所有板材加工領域(鋼板、汽車、家電、建筑)都必要用到的給與板材張力的核心卷繞設備皮帶張緊機，全球9成以上份額被日本JDC的RB21和Beltbridle兩種型號霸占。
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